Rückkopplungen
Verstärker oder Dämpfer von veränderten Antrieben
Typisch für die oft nichtlinearen Reaktionen des Klimasystems und von großer Bedeutung für Klimaschwankungen sind Rückkopplungen, die zur Selbstverstärkung oder zur Selbstbegrenzung eines Effekts führen. In zwei Kapiteln werden eine Reihe von klimawirksamen Selbstverstärkungs- und Selbstbegrenzungsmechanismen vorgeführt.
- Positive Rückkopplungen
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Sie stehen bei Fragestellungen der Klimavariabilität im Vordergrund. Die Eis-Albedo-Rückkopplung zählt zu den bekanntesten.
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- Negative Rückkopplungen
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Sie vermitteln ein Verständnis dafür, warum sich das Erdklima trotz aller variablen Antriebe in einer begrenzten Bandbreite bewegt.
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Herausforderung für Klimamodelle
Wie die äußeren Antriebe im Klimasystem umgesetzt werden, das zu erkennen und quantitativ zu beschreiben erfordert mathematisch-physikalische Simulationsmodelle, und zwar sogenannte globale Zirkulationsmodelle, die in Großrechenanlagen die physikalischen Gleichungen, die den Zustand und die Bewegungen in Atmosphäre und Ozean an einem dreidimensionalen Gitter beschreiben, lösen.
Rückkopplungseffekte in anderen Bereichen
Die physikalische Beschreibung von Rückkopplungeffekten (eng. feedbacks) findet man in Lehrbüchern der Physik im Kapitel „Allgemeine Schwingungslehre“. Rückkopplungsprozesse sind nicht nur im Klimasystem wichtig. Auch in der Akustik kann es zu einer für das Ohr äußerst unangenehmen Selbstverstärkung kommen, wenn ein Mikrofon dem von ihm über einen Verstärker angetriebenen Lautsprecher zu nahe kommt. Bei Brücken oder anderen schwingfähigen Gebäuden kann es zur „Resonanzkatastrophe“ kommen, wenn rhythmische äußere Belastungen phasengleich mit der Eigenfrequenz eintreffen. Im historischen Segelschiffbau wurde beispielsweise durch eine simulierte Resonanzkatastrophe die Stabilität eines neuen Schiffes praktisch dadurch getestet, dass man eine Gruppe von Soldaten auf dem obersten Deck schnell hin und her laufen ließ. Im Fall des aus Repräsentationsgründen überhoch gebauten schwedischen Barockschiffs Vasa wurde das besorgniserregende Ergebnis des Tests allerdings negiert, woraufhin das Schiff gleich bei der ersten Ausfahrt unterging.
Rückkopplungsmechanismen spielen auch in der Psychologie, Gehirnforschung, Sozial- und Wirtschaftswissenschaften eine Rolle. In jedem Fall führen sie zu zunächst überraschenden Effekten, die der menschlichen, gern in einfachen und linearen Ursache-Wirkungs-Bahnen verlaufenden Denkweise Probleme bereitet. Auch in der intellektuellen oder „gefühlsmäßigen" Bewältigung des Klimawandelproblems ist das so.
Literatur:
Lüders K., Oppen B. (2008): Bergmann/Schaefer. Lehrbuch der Experimentalphysik. Bd. 1: Mechanik, Akustik, Wärme. 12. Aufl. Berlin: de Gruyter, 846 Seiten, ISBN 978-3-11-019311-4
Meschede D., Vogel H. (2006): Gerthsen Physik. 23. Aufl. Berlin: Springer, 1162 Seiten, ISBN 3-540-29973-8
